КАРСТ: ПРОЦЕСИ ВИВІТРЮВАННЯ ТА ЛАНДШАФТИ - СЕРЕДОВИЩЕ - 2025

Карсту , карстовий або карстовий рельєф, являє собою форму рельєфу, походження яких пов'язане з атмосферними процесами шляхом розчинення розчинних порід вапняків, доломітами і гіпс. Ці рельєфи характеризуються поданням підземної дренажної системи з печерами та стоками.

Слово карст походить від німецького карсту, це слово, яке вживається для позначення італійсько-словенської області Карсо, де рясні форми карсту. Королівська іспанська академія схвалила використання обох слів «карст» та «карст», що мають рівнозначне значення.

Рисунок 1. Гори Анага, Тенеріфе, Канарські острови, Іспанія. Джерело: Ян Краус через flickr.com/photos/johny

Вапнякові породи - це осадові породи, в основному складаються з:

• Кальцит (карбонат кальцію, СаСО ₃ ).
• Магнезит (карбонат магнію, MgCO ₃ ).
• Мінерали в невеликих кількостях, що змінюють колір і ступінь ущільнення гірської породи, такі як глини (агрегати гідратованих силікатів алюмінію), гематит (мінерал оксиду заліза Fe ₂ O ₃ ), кварц (мінерал оксиду кремнію SiO ₂ ) і сидерит (мінерал карбонату заліза FeCO ₃ ).

Доломіт - осадова гірська порода, що складається з мінералу доломіту, який є подвійним карбонатом кальцію і магнію CaMg (CO ₃ ) ₂ .

Гіпс - гірська порода, що складається з гідратного сульфату кальцію ( CaSO ₄ .2H ₂ O), яка може містити невелику кількість карбонатів, глини, оксидів, хлоридів, кремнезему та ангідриту (CaSO ₄ ).

Процеси вивітрювання карсту

Хімічні процеси карстоутворення в основному включають такі реакції:

• Розчинення вуглекислого газу (CO ₂ ) у воді:

CO ₂ + H ₂ O → H ₂ CO ₃

• Дисоціація вуглекислоти (H ₂ CO ₃ ) у воді:

H ₂ CO ₃ + H ₂ O → HCO ₃ ^- + H ₃ O ⁺

• Розчинення карбонату кальцію (CaCO ₃ ) шляхом кислотної атаки:

CaCO ₃ + H ₃ O ⁺ → Ca ²⁺ + HCO ₃ ^- + H ₂ O

• З отриманою сумарною реакцією:

CO ₂ + H ₂ O + CaCO ₃ → 2HCO ₃ ^- + Ca ²⁺

• Дія слабокислих газованих вод, що виробляють дисоціацію доломіту та подальший внесок карбонатів:

CaMg (CO ₃ ) ₂ + 2H ₂ O + CO ₂ → CaCO ₃ + MgCO ₃ + 2H ₂ O + CO ₂

Фактори, необхідні для появи карстового рельєфу:

• Існування вапнякової гірської матриці.
• Велика присутність води.
• Помітна концентрація CO ₂ у воді; ця концентрація зростає з високим тиском і низькими температурами.
• Біогенні джерела CO ₂ . Наявність мікроорганізмів, які продукують СО ₂ в процесі дихання.
• Досить часу для дії води на скелю.

Механізми розчинення породи-господаря:

• Дія водних розчинів сірчаної кислоти (H ₂ SO ₄ ).
• Вулканізм, де потоки лави утворюють трубчасті печери або тунелі.
• Фізична ерозивна дія морської води, яка створює морські або прибережні печери, внаслідок впливу хвиль і підриву скель.
• Прибережні печери, утворені хімічною дією морської води, з постійною солюбілізацією гірських порід.

Геоморфологія карстових рельєфів

Карстовий рельєф може формуватися в межах скельної сторони або поза нею. У першому випадку це називається внутрішнім карстовим, ендокарстичним чи гіпогенним рельєфом, а у другому випадку - зовнішнім карстовим, екзокарстичним чи епігенним рельєфом.

Малюнок 2. Карстовий рельєф у Ковадонга, Астурія, Іспанія. Джерело: Mª Крістіна Ліма Базан через https://www.flickr.com/photos//27435235767

-Внутрішній карстовий або ендокарстичний рельєф

Підземні водні течії, що циркулюють в межах русел вуглекислих порід, копають внутрішні течії в межах великих скель, завдяки процесам розчинення, про які ми згадали.

Залежно від характеристик бичу зароджуються різні форми внутрішнього карстового рельєфу.

Сухі печери

Сухі печери утворюються, коли внутрішні потоки води залишають ці канали, які прорізані скелями.

Галереї

Найпростіший спосіб викопати воду всередині печери - це галерея. Галереї можуть бути розширені, щоб утворити «склепіння», або їх можна звузити і утворювати «коридори» та «тунелі». Також можуть утворюватися «розгалужені тунелі» та підняття води, що називаються «сифонами».

Сталактити, сталагміти та колони

У період, коли вода тільки що покинула свій потік всередині скелі, залишки галереї залишаються з високим ступенем вологості, виділяючи краплі води з розчиненим карбонатом кальцію.

Коли вода випаровується, карбонат осаджується в твердий стан і з’являються утворення, які виростають із землі під назвою «сталагміти», а інші утворення виростають звисаючими зі стелі печери, називаються «сталактити».

Коли сталактит і сталагміт зустрічаються в одному просторі, об’єднуючись, у печерах утворюється «стовпчик».

Гармати

Коли дах печер руйнується і руйнується, утворюються "каньйони". Таким чином з’являються дуже глибокі надрізи та вертикальні стіни, де можуть протікати поверхневі річки.

-Зовнішній карстовий, екзокарстичний або епігенний рельєф

Розчинення вапняку водою може проколоти скелю на її поверхні та утворювати порожнечі чи порожнини різної величини. Ці порожнини можуть мати діаметр декількох міліметрів, великі порожнини діаметром кілька метрів або трубчасті канали, що називаються "лапіасами".

Оскільки лапіаз розвивається достатньо і породжує депресію, з’являються інші карстові рельєфи, які називаються «раковини», «ували» та «поля».

Доліни

Раковина - це западина з круглою або еліптичною основою , розмір якої може досягати декількох сотень метрів.

Часто в раковинах накопичується вода, яка, розчиняючи карбонати, викопує раковину у формі воронки.

Виноград

Коли кілька раковин росте і приєднується до великої депресії, утворюється «виноград».

Poljés

Коли утворюється велика западина з плоским дном і розмірами в кілометрах, це називається "poljé".

Теорія poljé - це величезний виноград, і всередині poljé є найменші карстові форми: ували та раковини.

У Poljés утворена мережа водних каналів з раковиною, яка впадає в підземні води.

Малюнок 3. Куева-дель-Фантасма, Апрада-тепуї, Венесуела. (Дотримуйтесь людей з лівого боку зображення для орієнтування розміру). Джерело: MatWr, з Wikimedia Commons

Карстові утворення як зони життя

У карстових утвореннях є міжгранулярні простори, пори, суглоби, переломи, тріщини та протоки, поверхні яких можуть бути колонізовані мікроорганізмами.

Фотичні зони в карстових утвореннях

У цих поверхнях карстових рельєфів утворюються три фототичні зони залежно від проникнення та інтенсивності світла. Такими зонами є:

• Зона входу : ця зона піддається сонячному опроміненню з щоденним і нічним циклом освітлення.
• Сутінкова зона: проміжна фототична зона.
• Темна зона: область, де світло не проникає.

Фауна та пристосування у фотичній зоні

Різні форми життя та механізми їх адаптації безпосередньо корелюються з умовами цих фототичних зон.

Зони в'їзду та сутінків мають сприятливі умови для різних організмів - від комах до хребетних.

Темна зона являє собою стабільніші умови, ніж поверхневі. Наприклад, на нього не впливає вітряна турбулентність і підтримується практично постійна температура протягом усього року, але ці умови є більш екстремальними через відсутність світла та неможливість фотосинтезу.

З цих причин глибокі карстові райони вважаються бідними поживними речовинами (оліготрофними), оскільки їм не вистачає первинних виробників фотосинтезу.

Інші обмежувальні умови в карстових утвореннях

Крім відсутності світла в ендокарстичних середовищах, у карстових утвореннях існують й інші обмежуючі умови для розвитку життєвих форм.

Деякі середовища з гідрологічними зв’язками з поверхнею можуть зазнати затоплення; пустельні печери можуть зазнавати тривалих періодів посухи, а вулканічні трубчасті системи можуть зазнати поновленої вулканічної активності.

У внутрішніх печерах або ендогенних утвореннях також можуть виникати різноманітні небезпечні для життя умови, такі як токсичні концентрації неорганічних сполук; сірка, важкі метали, надзвичайна кислотність або лужність, летальні гази або радіоактивність.

Мікроорганізми ендокарстичних областей

Серед мікроорганізмів, які населяють ендокарстичні утворення, ми можемо відзначити бактерії, археї, гриби, також є віруси. Ці групи мікроорганізмів не представляють різноманіття, яке вони виявляють у поверхневих ареалах.

Серед багатьох геологічних процесів, таких як окислення заліза та сірки, амоніфікація, нітрифікація, денітрифікація, анаеробне окислення сірки, відновлення сульфату (SO ₄ ^2- ), циклізація метану (утворення циклічних вуглеводневих сполук із метану СН ₄ ). інші опосередковуються мікроорганізмами.

Як приклади цих мікроорганізмів можна навести:

• Leptothrix sp., Який впливає на опади заліза в печерах Борра (Індія).
• Bacillus pumilis, виділений із печер Сахастрадхари (Індія), опосередковуючи осадження карбонату кальцію та утворення кристалів кальциту.
• Нитчасті сірки, що окислюють бактерії Thiothrix sp., Знайдені в печері Нижній Кейн, штат Вайомінг (США).

Мікроорганізми екзокарстичних зон

Деякі утворення екзокарста містять дельтапротеобактерії spp. , Acidobacteria spp., Nitrospira spp. і протеобактерії spp.

Види родів: Epsilonproteobacteriae, Ganmaproteobacteriae, Betaproteobacteriae, Actinobacteriae, Acidimicrobium, Thermoplasmae, Bacillus, Clostridium, Firmicutes, серед інших, можна зустріти в гіпогенних або ендокарстних формаціях.

Пейзажі карстових утворень Іспанії

• Парк Лас Лорас, призначений ЮНЕСКО світовим геопарком, розташований у північній частині Кастилії та Леона.
• Печера Папелона, Барселона.
• Печера Ардалес, Малага.
• Печера Сантімінья, порожня країна.
• Печера Коваланас, Кантабрія.
• Печери Ла-Хаза, Кантабрія.
• Долина Мієра, Кантабрія.
• Сьєрра-де-Гразалема, Кадіс.
• Печера Тіто Бустільо, Рібадеселла, Астурія.
• Торкаль-де-Антекера, Малага.
• Cerro del Hierro, Севілья.
• Масиф де Кабра, Subbética Cordobesa.
• Природний парк Сьєрра-де-Казорла, Яен.
• Гори Анага, Тенеріфе.
• Масив Ларра, Навара.
• Долина Рудрон, Бургос.
• Національний парк Ордеса, Уеска.
• Сьєрра-де-Трамонтана, Майорка.
• Монастир П'єдра, Сарагоса.
• Зачароване місто, Куєнка.

Пейзажі карстових утворень Латинської Америки

• Озера Монтебелло, Чіапас, Мексика.
• El Zacatón, Мексика.
• Долінас-де-Чіапас, Мексика.
• Каноти Кінтана-Роо, Мексика.
• Грати Какахуамільпа, Мексика.
• Темпіск, Коста-Ріка.
• Печера Рорайма Сур, Венесуела.
• Печера Чарльза Бровара, Чиманта, Венесуела.
• La Danta System, Колумбія.
• Gruta da Caridade, Бразилія.
• Куева-де-лос-Тайос, Еквадор.
• Cura Knife System, Аргентина.
• Острів Мадре де Діос, Чилі.
• Утворення Ель-Лоа, Чилі.
• Прибережна область Кордильєри-де-Тарапака, Чилі.
• Формування Кутерво, Перу.
• Формування Pucará, Перу.
• Печера Умаджаланта, Болівія.
• Формування Поланко, Уругвай.
• Валлемі, Парагвай.

Список літератури

1. Barton, HA та Northup, DE (2007). Геомікробіологія в печерних середовищах: минулі, сучасні та майбутні перспективи. Журнал досліджень печери та карсту. 67: 27-38.
2. Culver, DC та Pipan, T. (2009). Біологія печер та інших підземних середовищ існування. Оксфорд, Великобританія: Oxford University Press.
3. Енгель, А. С. (2007). Про біорізноманіття сульфідних карстових ареалів. Журнал досліджень печери та карсту. 69: 187-206.
4. Країч, К. (2004). Печерні біологи розкопують похований скарб. Наука. 293: 2,378-2,381.
5. Li, D., Liu, J., Chen, H., Zheng, L. and Wang, k. (2018). Відповіді грунтових мікробних громад на вирощування кормової трави на деградованих карстових ґрунтах. Деградація та розвиток земель. 29: 4,262-4,270.
6. doi: 10.1002 / ldr.3188
7. Northup, DE та Lavoie, K. (2001). Геомікробіологія печер: огляд. Геомікробіологічний журнал. 18: 199-222.